用于钚焚烧及镎－237或镅－241嬗变的溶液堆

技术领域

本发明涉及一种核反应堆，具体是一种用于钚焚烧及镎-237(或镅-241)嬗变的溶液堆。

背景技术

核电的发展必然涉及相应的核燃料乏燃料的后处理问题。在乏燃料的后处理问题上，嬗变可以被认为是一种核素改变其原子核结构，成为另一核素的过程。从乏燃料处理的角度来说，它是指将钚、其它锕系元素和长半衰期的裂变核素，转变成为其它具有良好特性的核素。由于镎-237或镅-241等次锕系核素半衰期长、毒性大，不能长期储存，必须用嬗变形成半衰期短、毒性小的核素。根据嬗变要消耗大量中子的物理特性，MA(次锕系核素)嬗变有三种途径：

1.散裂反应：利用中能(约1.0GEV)强流质子束轰击MA构成的靶，则通过散裂反应使MA变成轻核，并放出可观的中子。

2.快中子裂变：MA发生裂变反应的阈能约为几个兆电子伏的量级，因此借助于快中子可直接使MA裂变。

3.较高的热中子注量率：较高的热中子注量率(约10¹⁶/cm²s)可促使MA嬗变过程向有利的方向进行。以镎-237为例，它俘获一个中子后生成镎-238，后者为易裂变核，半衰期较短。在高注量率环境中，可使其主要以裂变形式烧毁，减小衰变成钚-238的份额，因而改善了中子的经济性，提高了嬗变效率。

针对不同的高放废物，实现嬗变有以下几类装置可以进行：

1.快堆。快堆可使锔(Cm)、锫(Bk)、锎(Cf)有效焚烧。

2.热中子堆。中子注量率大于5×10¹⁴/cm²s，才可使铀(U)、钚(Pu)、镎(Np)、镅(Am)有效焚烧，但有增加钚-242和锔-244、锔-248的缺点，热中子堆也可使锝-99和碘-129嬗变。

3.强流加速器。包括强流质子加速器和电子加速器。

采用上述装置来实现MA(次锕系核素)的嬗变，从技术角度还存在需要攻克的难题，从造价看是不经济的。由于实现嬗变要消耗大量中子，以快堆为例，进行镎-237(或镅-241)嬗变必然会降低铀-238转换为钚-239的转换比，用造价昂贵的装置进行镎-237(或镅-241)的嬗变是不经济的。

由于溶液堆低温低压、结构简单，而使其具有良好的经济性。目前的溶液堆采用硝酸(硫酸)铀酰溶液作燃料。在核燃料乏燃料的后处理工艺中，要产生硝酸铀酰和硝酸钚，而溶液堆可以采用硝酸钚溶液做燃料，从而产生大量廉价的中子，而嬗变要消耗大量的中子，所以采用溶液堆来进行核素的嬗变是可行的。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种用于钚焚烧及镎-237(或镅-241)嬗变的溶液堆。

本发明的技术方案是：

一种钚焚烧及镎-237(或镅-241)嬗变的溶液堆，其特征在于：所述的溶液堆用钚(或钚+镅)溶液做燃料，以镎-237(或镅-241)溶液做靶件。

其附加特征是：

所述溶液堆的钚(或钚+镅)燃料溶液，其中钚的浓度为50～200g/L。

所述的溶液堆，可在钚燃料溶液中加入镎-237(或镅-241)溶液。

所述的溶液堆，可在钚+镅燃料溶液中加入镎-237溶液。

所述的溶液堆，可向堆芯中添加新的钚溶液或钚、镅以及镎混合溶液作为燃料溶液。

所述的溶液堆，可在堆循环小回路中加入镎-237和/或镅-241溶液作为靶件。

所述溶液堆的堆芯燃料溶液裂变产生的裂变产物，可用无机离子交换树脂从溶液中去除。

所述镎-237(或镅-241)溶液靶件，可用无机离子交换树脂提取钚-238(或镅-242m)。

本发明的优点在于：1.由于本发明采用乏燃料、低温发电，因此经济性和安全性高；2.由于本发明可焚烧钚以及将镎-237嬗变为钚-238成为同位素电池，提供了廉价能源；3.本发明可从镅-241溶液靶件中提取，可广泛用于宇航事业和医疗卫生行业的镅-242m；4.由于本发明以硝酸铀酰溶解在重水中形成溶液，减少了初始钚的装量，无需换料，只需去除裂变产物并加入一定的钚燃料溶液即可，充分利用了核燃料。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中标记：1.堆容器，2.硝酸钚溶液，3.主系统稳压及除气器，4.氢氧复合器，5.气体冷却器，6.气体循环鼓风机，7.主换热器，8.主循环泵，9.无机离子交换柱，10.堆芯辐照管，11小回路稳压及除气器，12阴离子交换柱，13.小回路循环泵，14.气回路冷却水系统，15.主冷却水系统。